TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE CELDAS FOTOVOLTÁICAS

Transcripción

1 TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE CELDAS FOTOVOLTÁICAS 1. Competencias Desarrollar sistemas fototérmicos y fotovoltaicos con base en los requerimientos de la industria y la sociedad para contribuir a satisfacer con la demanda de energía y disminuir el impacto ambiental. 2. Cuatrimestre Quinto 3. Horas Teóricas Horas Prácticas Horas Totales Horas Totales por Semana 5 Cuatrimestre 7. Objetivo de aprendizaje El alumno implementará sistemas de producción de energía eléctrica por medios fotovoltaicos, mediante la selección e integración de sus componentes, cálculo de parámetros, para contribuir a la generación eléctrica de los sistemas productivos, con un enfoque sustentable. Unidades de Aprendizaje Horas Teóricas Prácticas Totales I. Efecto foto-eléctrico II. Radiación solar III. Generador Fotovoltaico IV. Componentes del sistema Totales

2 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje I. Efecto foto-eléctrico 2. Horas Teóricas 3 3. Horas Prácticas 7 4. Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno identificará los elementos constitutivos de las celdas solar fotovoltaicas y su principio de funcionamiento, para su integración al suministro eléctrico de los sistemas productivos. Temas Saber Saber hacer Ser Materiales semiconductores Definir las propiedades físicas de los elementos presentes en las celdas fotovoltaicas: Arceniuro de galio, Silicio amorfo, Diseleniuro de indio con cobre, galio, aluminio, Diodo, plomo, semicondutores tipo p y semicondutores tipo n. Explicar la clasificación de los materiales semiconductores y su relación con la energía. Trabajo en equipo Honestidad Variables fotoeléctricas Describir en el efecto fotoeléctrico: Ion, paquete de luz, electrones de valencia, zona de valencia, banda conductora. Calcular la energía necesaria para que los electrones salten a la banda de conducción y el voltaje producido mediante el efecto fotoeléctrico. Trabajo en equipo Honestidad

3 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje Elabora a partir del caso práctico de una celda fotovoltaica un reporte que contenga las siguientes consultas: Diagrama que ilustre la operación de la celda fotovoltaica, especificando los dispositivos multijuntura y semiconductores utilizados Resultados de mediciones de voltaje Planteamiento y solución de problemas relacionados con el efecto fotoeléctrico Secuencia de aprendizaje 1. Identificar las propiedades físicas de los elementos presentes en las celdas fotovoltaicas 2. Relacionar los semiconductores con la generación, transporte y almacenamiento de energía 3. Comprender el efecto fotoeléctrico 4. Realizar mediciones de voltaje que genera una celda fotovoltaica Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo

4 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Prácticas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

5 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje II. Radiación solar 2. Horas Teóricas 7 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno realizará la medición y cálculo de la capacidad de radiación solar, para la determinación de los parámetros de un generador fotovoltaico. Temas Saber Saber hacer Ser El sol Explicar el proceso mediante el cual el sol produce energía. Describir el valor de la constante solar así como el espectro electromagnético. Calcular la declinación de la tierra a lo largo del año. Trabajo en equipo Honestidad Radiación solar y sus incidencias Definir los tipos de radiación solar y sus características: Directa, difusa y global. Definir las relaciones geométricas entre el sol y la tierra. Identificar las diferencias entre los diferentes tipos de radiación solar y sus variaciones durante el año. Trabajo en equipo Honestidad

6 Temas Saber Saber hacer Ser Instrumentos de medición Describir las características de los equipos de medición de la radiación solar: como, piranómetros, pirheliómetros y estaciones meteorológicas. Medir la radiación solar en el laboratorio mediante equipos alternos como fotosensores, foto-resistencias, luxómetros, celdas fotovoltaicas. Trabajo en equipo Cálculo de la radiación en superficies Describir los fundamentos matemáticos del cálculo de la radiación solar sobre una superficie horizontal e inclinada. Calcular la radiación solar sobre una superficie y su variación durante el día y el año. Honestidad

7 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso práctico, realiza una maqueta del movimiento aparente del sol y elabora un reporte que incluya: Resultado de mediciones (radiación y temperatura en función del tiempo) Incidencia de la radiación solar sobre una superficie Gráficas (radiación y temperatura en función del tiempo) Interpretación de las mediciones y gráficas. Conclusiones Secuencia de aprendizaje 1. Comprender el concepto de constante solar 2. Analizar los diferentes tipos de radiación solar 3. Comprender el procedimiento de medición de la radiación solar, mediante el uso de equipo alternativo (fotorresistencia, luxómetro) 4. Calcular la radiación solar sobre una superficie horizontal e inclinada en el internet Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo

8 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Práctica demostrativa Análisis de casos Tareas de investigación Medios y materiales didácticos Computadora Cañón Pintarrón Equipo de medición Internet ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

9 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje III. Generador fotovoltaico 2. Horas Teóricas 7 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno construirá un generador fotovoltaico, mediante la selección de componentes y los cálculos necesarios, para generar energía eléctrica. Temas Saber Saber hacer Ser Células solares Definir los conceptos y aplicaciones de: -La tecnología de óxidos semiconductores -Procesado de materiales de silicio grado solar Describe las técnicas de fabricación de células solares: -Células solares de: CdTe/Cds, silicio amorfo, ArGa/AsGaAl, unión líquida, bifaciales de silicio Determinar rendimiento de cada tipo de célula. Diagramar el procesado del silicio. Trabajo en equipo Honestidad Caracterización fotovoltáica Identificar los conceptos y procedimiento de cálculo de: - Corriente y el voltaje - Medidas de resistencia (serie paralelo), método de wolf - Respuesta espectral - Transitorios eléctricos Calcular: -La cantidad de radiación solar incidente -El voltaje y la corriente generada -La respuesta espectral -La caída de tensión al ser sometida la potencia a una carga -Los transitorios Trabajo en equipo Honestidad

10 Temas Saber Saber hacer Ser Generador fotovoltáico Describir los conceptos y características de: -Concentración fotovoltáica -Sistemas de seguimiento solar a) Control del colector fotovoltaico b) Foto sensor de orientación c) Coordenadas calculadas d) Circuito de mando para el seguimiento de máxima potencia Determinar: - La máxima concentración fotovoltáica - Los parámetros de corriente, voltaje, potencia de los sistemas de control de movimiento Trabajo en equipo Honestidad

11 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje Construye y demuestra el funcionamiento de un generador fotovoltaico, y lo documenta en un reporte que incluya: Características principales de las células solares Justificación de las células solares seleccionadas en función de su material de construcción Rendimiento de cada tipo de célula Diagrama de flujo del procesado del silicio Cantidad de radiación solar incidente Voltaje y la corriente generadas La respuesta espectral La caída de tensión al ser sometida la potencia a una carga Los transitorios Secuencia de aprendizaje 1. Identificar las características, tipos y principios de operación de los componentes de las celdas fotovoltaicas 2. Analizar los diferentes tipos de módulos fotovoltaicos, mono cristalinos y poli cristalinos 3. Calcular los componentes de la caracterización fotovoltaica 4. Construir un generador fotovoltaico Instrumentos y tipos de reactivos Proyecto Lista de cotejo

12 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Aprendizaje basado en proyectos Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio Herramientas mecánicas Materiales (espejos, fibra de vidrio, poliuretano, pinturas, lupas, policarbonato) ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

13 1. Unidad de aprendizaje 2. Horas Teóricas 7 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje CELDAS FOTOVOLTÁICAS UNIDADES DE APRENDIZAJE IV. Componentes del sistema El alumno seleccionará los componentes de un sistema fotovoltaico, para su implementación en la industria. Temas Saber Saber hacer Ser Inversores y acumuladores Identificar los tipos y características de: - Convertidores de corriente CC/CA, filtros de entrada de CC, puente inversor con MOSFET de potencia - Transformadores y rectificadores, Generador triangular-senoidal, Ampliadores de ganancia variable - Acumuladores de energía: a) Térmica, Mecánica (Volante de inicia), Hidráulica, Aire comprimido, elementos capacitivos, Inductivos, b) Electroquímica: baterías, hidrógeno y en sistemas redox c)acumulador: Pb-Acido d) Calculo de los acumuladores a partir de la corriente media diaria Calcular de acumuladores: - Balance anual de energía - Capacidad límite del acumulador - Autonomía del sistema generación-acumulación - Número de paneles fotovoltaicos - Evaluación anual del estado de carga del acumulador Trabajo en equipo Honestidad

14 Temas Saber Saber hacer Ser Consideracion es del diseño Definir los conceptos: - Insolación media - Factor de corrección de insolación en función de la inclinación de la superficie y ubicación (latitud) - Fiabilidad del sistema - Estudio Técnicoeconómico - Mantenimiento a sistemas fotovoltaicos Calcular: - Balance de la insolación -Modelación del dimensionamiento de las instalaciones - Rentabilidad del sistema fotovoltaico - Mantenimiento y fiabilidad del sistema Trabajo en equipo Honestidad.

15 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje Elabora, a partir de un caso práctico una memoria técnica de un proyecto de construcción de un sistema fotovoltáico, que contenga: Memoria de cálculo de los parámetros fotoeléctricos Propuesta de componentes del sistema fotovoltaico e integración Programa de mantenimiento Secuencia de aprendizaje 1. Interpretar los conceptos relacionados con los sistemas fotovoltaicos 2. Comprender los procesos relacionados con la distribución de energía eléctrica 3. Identificar las características de los sistemas fotovoltaicos 4. Interpretar la fiabilidad del sistema 5. Determinar las actividades del mantenimiento Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo

16 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Aprendizaje basado en proyectos Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

17 CAPACIDADES DERIVADAS DE LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES A LAS QUE CONTRIBUYE LA ASIGNATURA Capacidad Proponer acciones que conlleven a eficientar el consumo energético considerando los estándares de eficiencia, cumpliendo los requerimientos de la organización, de acuerdo a la normatividad y políticas aplicables, así como los catálogos de fabricantes y especificaciones de tecnologías de celdas fotovoltaicas. Determinar alternativas energéticas renovables con base en el diagnóstico de insumos energéticos, la normatividad oficial mexicana y políticas de la empresa, para realizar propuestas de sistemas fotovoltaicos con enfoque sustentable. Criterios de Desempeño Elabora propuesta que incluya: - Cuadro comparativo indicando las deficiencias energéticas a corregir - Especificaciones técnicas del sistema fotovoltáico - Análisis de costos - Condiciones de configuración y operación - Recomendaciones para la eficiencia energética Emite un dictamen técnico de la selección del sistema fotovoltáico a utilizar con base en el análisis de: * Información Geoestadística * Resultados del diagnóstico de insumos energéticos * Justificación de los criterios de sustentabilidad

18 FUENTES BIBLIOGRÁFICAS Autor Año Título del Documento Ciudad País Editorial Richard J. Komp, (2002) Practical Photovoltaics: Electricity from Solar Cells. Michigan USA AALEC Almanza, R. (2003) Ingeniería de la Energía Solar II. México México Universidad Nacional Autónoma de México Miguel Pareja Aparicio (2010) Energía Solar Fotovoltaica 2a Edición: Calculo de Una Instalación Aislada. Bogotá Colombia Marcombo ISBN-13: John A. Duffie William A. Beckman (2006) Solar Engineering of Thermal Processes New Jersey USA John Wiley & Sons, Inc.